[发明专利]一种支化聚乙烯亚胺的制备方法

说明书

本发明属于高分子合成领域，涉及阳离子型高分子化合物聚乙烯亚胺的合成。本方法以乙二胺、1,2‑二卤代乙烷为原料，弱碱性条件下，在水溶液中通过缩聚反应，一步法合成聚乙烯亚胺。本方法合成出的聚乙烯亚胺粘度范围为900 mPa·s~15000 mPa·s，通过碳谱表征确定其结构为支化聚乙烯亚胺，并通过¹³C NMR积分法计算出PEI中伯胺﹑仲胺和叔胺的比例。所合成的支化聚乙烯亚胺适用于基因转染，水处理等领域。

技术领域

本发明涉及阳离子型高分子化合物聚乙烯亚胺的合成，属高分子合成领域。

背景技术

聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine,PEI)是一种水溶性高分子化合物，其结构单元为CH₂CH₂N，每隔两个碳原子即有一个可被质子化的氮原子，是目前已知的电荷密度最大的阳离子有机高分子。聚乙烯亚胺结构中含有的大量胺基，使其具有高阳离子性、高吸附性、高反应性等特征。目前，PEI已在自组装膜、生物大分子的分离纯化及固定化、金属离子的吸附分离、pH及生物传感器的构建、基因转染、药物释放等领域得到应用。

PEI的合成是PEI在各领域广泛应用的基础，PEI的结构有两种类型：线型PEI和支化PEI。目前支化PEI一般是通过氮杂环丙烷的阴离子开环聚合反应获得，《Journal ofControlled Release》(2000年第69期，309～322页)“Characterization of commerciallyavailable and synthesized polyethylenimines for gene delivery”中报道了氮杂环丙烷在盐酸催化下通过阳离子聚合合成出支化聚乙烯亚胺；《Journal of MacromolecularScience:Part A》(1970年第4期，1301-1304页)“Characterization ofPolyethylenimine”中阐述了酸催化下氮杂环丙烷合成聚乙烯亚胺的开环聚合机理。而氮杂环丙烷则由乙醇胺通过两至三步反应获得，在制备氮杂环丙烷单体过程中需要使用大量浓硫酸、氢氧化钠或盐酸气体、二氯亚砜等强酸强碱及强腐蚀性物质，不利于环保。探索绿色环保的支化PEI的合成方法是目前所需。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温和、易操作的支化聚乙烯亚胺的缩聚合成方法。

为了实现本发明目的，本发明技术方案如下：乙二胺和1,2-二卤代乙烷在碳酸钠存在条件下，在水溶液中进行亲核取代缩聚反应，合成支化聚乙烯亚胺，具体步骤如下：

(1)向装有机械搅拌的圆底烧瓶中加入无水碳酸钠或无水碳酸钾和水，充分溶解，然后加入乙二胺和1,2-二卤代乙烷，逐步加热至回流，回流状态下反应。

(2)反应结束后，向反应液中加入无水乙醇，过滤除去反应稀释液中的固体，减压浓缩后将样品放置在真空干燥箱内，干燥，得到淡黄色产品。

使用旋转黏度计，测定所得样品旋转黏度在900-15000mPa·s。三种胺比例为1°(NH₂)：2°(NH)：3°(N)根据¹³C NMR谱图积分计算获得。

所述1,2-二卤代乙烷优选1,2-二氯代乙烷。

乙二胺与1,2-二卤代乙烷的摩尔比优选1:1。

乙二胺与无水碳酸钠或无水碳酸钾摩尔比优选1:0.2～1。

反应时间优选48小时。

本发明创新点在于：从聚乙烯亚胺的结构特征出发，利用乙二胺与1,2-二卤代乙烷在水溶液中的亲核取代反应，通过缩聚法一步合成支化聚乙烯亚胺，所合成支化聚乙烯亚胺黏度为900-15000mPa·s。本发明为支化聚乙烯亚胺的合成提供一条简单温和、易操作的路线。